JP2007074787A - Driver and driving method of oscillatory actuator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driver and a driving method of an oscillatory actuator in which the occurrence of various kinds of faults can be prevented as much as possible when the drive control of the oscillatory actuator is performed from a low speed rotation zone to a high speed rotation zone. <P>SOLUTION: When the target speed of an ultrasonic motor is low and the ultrasonic motor is rotated at a low speed, drive control and intermittent drive control are performed by a rate multiplier system for generating a drive pulse digitally. When the target speed of the ultrasonic motor is high and the ultrasonic motor is rotated at a high speed, drive control and continuous drive control are performed by a VCO system for generating a drive pulse in analog. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動型アクチュエータの駆動装置、及び駆動方法に関し、特に、駆動信号の周波数を掃引する技術に関する。   The present invention relates to a driving device and a driving method for a vibration actuator, and more particularly to a technique for sweeping the frequency of a driving signal.

近年、電気−機械エネルギ変換素子の機械的振動により生じた進行波を利用して回転力、又はリニアな推進力を得る振動型アクチュエータの1種として、超音波モータが実用化されている。この超音波モータは、低速で高トルクが得られ、ギヤ減速機構を必要とせずにダイレクトドライブが可能であり、応答性・制御性に優れ、微小な位置決めが可能である、無通電時に保持トルクを有する等の特徴がある。このため、超音波モータは、カメラの自動合焦用、複写機の用紙搬送用や感光体ドラムの回転用、監視カメラの回動用等として使用されている。   In recent years, an ultrasonic motor has been put into practical use as a type of vibration actuator that obtains a rotational force or a linear propulsive force by using a traveling wave generated by mechanical vibration of an electro-mechanical energy conversion element. This ultrasonic motor provides high torque at low speed, can be driven directly without the need for a gear reduction mechanism, has excellent responsiveness and controllability, and can be positioned very finely. There is a feature such as having. For this reason, the ultrasonic motor is used for automatic focusing of a camera, paper conveyance of a copying machine, rotation of a photosensitive drum, rotation of a monitoring camera, and the like.

図9は、超音波モータの駆動制御の概要を説明するための模式図である。超音波モータ30は、振動体31、ステータ32、ロータ33、回転シャフト34、リブ39を有している。振動体31は、電気−機械エネルギ変換素子であり、圧電素子が用いられる。ステータ32は、振動体31にて発生した振動波(進行波)を増幅してロータ33に伝達する部材である。このステータ32の片面は振動体31に接着され、他方の面は、ロータ33の表面に取り付けられた非常に細いリブ39を介してロータ33に圧接されている。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining an outline of drive control of the ultrasonic motor. The ultrasonic motor 30 includes a vibrating body 31, a stator 32, a rotor 33, a rotating shaft 34, and a rib 39. The vibrating body 31 is an electro-mechanical energy conversion element, and a piezoelectric element is used. The stator 32 is a member that amplifies a vibration wave (traveling wave) generated by the vibrating body 31 and transmits the amplified wave to the rotor 33. One surface of the stator 32 is bonded to the vibrating body 31, and the other surface is pressed against the rotor 33 through very thin ribs 39 attached to the surface of the rotor 33.

このような構成の下で、振動体31に特定の高周波電圧を与えると、振動体31は共振して超音波振動を発生する。この超音波振動は、ステータ32を撓ませながら連続的に一方向に進んでいく進行波となって、リブ39を介してロータ33に伝えられる。この際、進行波の頂点部分では、当該進行波と逆方向の軌跡を描く楕円運動が生じる。その結果、ロータ33(リブ39)は、進行波の進行方向とは逆の方向に回転することとなる。   Under such a configuration, when a specific high frequency voltage is applied to the vibrating body 31, the vibrating body 31 resonates and generates ultrasonic vibrations. The ultrasonic vibration is a traveling wave that continuously travels in one direction while bending the stator 32, and is transmitted to the rotor 33 through the rib 39. At this time, an elliptical motion that draws a trajectory in the opposite direction to the traveling wave occurs at the apex portion of the traveling wave. As a result, the rotor 33 (rib 39) rotates in the direction opposite to the traveling direction of the traveling wave.

図9において、制御回路27は、超音波モータ30の目標速度に応じた駆動周波数の駆動信号として、A相信号とB相信号を生成する。このA相信号とB相信号は、周波数が等しく、90度の位相差を持った同一パルス波形の駆動信号である。これらA相信号、B相信号は、電圧増幅回路28により電圧増幅され、コイル29により正弦波に波形整形されて、超音波モータ30の振動体31に供給される。   In FIG. 9, the control circuit 27 generates an A phase signal and a B phase signal as drive signals having a drive frequency corresponding to the target speed of the ultrasonic motor 30. The A-phase signal and the B-phase signal are drive signals having the same pulse waveform having the same frequency and a phase difference of 90 degrees. These A-phase signal and B-phase signal are voltage amplified by the voltage amplification circuit 28, shaped into a sine wave by the coil 29, and supplied to the vibrating body 31 of the ultrasonic motor 30.

制御回路27は、下記の方法でA相信号、B相信号に係る駆動信号を生成する。図10は、超音波モータ30の駆動周波数と回転速度の関係を表した図である。図10において、X軸は上記A相信号、B相信号の駆動周波数、Y軸は超音波モータの回転速度である。   The control circuit 27 generates drive signals related to the A phase signal and the B phase signal by the following method. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the driving frequency and the rotation speed of the ultrasonic motor 30. In FIG. 10, the X axis is the driving frequency of the A phase signal and the B phase signal, and the Y axis is the rotational speed of the ultrasonic motor.

図10の例では、720°/秒の回転速度を得る駆動周波数は、35KHzとなっており、60°/秒の回転速度を得る駆動周波数は、38KHzとなっている。すなわち、駆動周波数が低くなるに従って高速回転になっている。   In the example of FIG. 10, the driving frequency for obtaining a rotational speed of 720 ° / second is 35 KHz, and the driving frequency for obtaining a rotational speed of 60 ° / second is 38 KHz. That is, the rotation speed increases as the drive frequency decreases.

そこで、制御回路27は、駆動周波数を高周波から低周波方向にスイープ(掃引)することにより、超音波モータ30を所望の回転速度で駆動している。制御回路27は、例えば、720°/秒で駆動する場合は、初期周波数39KHzから周波数35KHzまで駆動周波数を徐々にスイープして、720°/秒の回転速度を得るように制御する。また、60°/秒で回転する場合は、制御回路27は、初期周波数44KHzから周波数38KHzまで駆動周波数を徐々にスイープして、60°/秒の回転速度を得るように制御する。   Therefore, the control circuit 27 drives the ultrasonic motor 30 at a desired rotation speed by sweeping the drive frequency from a high frequency to a low frequency. For example, when driving at 720 ° / second, the control circuit 27 performs sweeping of the drive frequency from an initial frequency of 39 KHz to a frequency of 35 KHz so as to obtain a rotation speed of 720 ° / second. Further, when rotating at 60 ° / second, the control circuit 27 performs control so as to obtain a rotational speed of 60 ° / second by gradually sweeping the drive frequency from the initial frequency of 44 KHz to the frequency of 38 KHz.

ところで、超音波モータ30を低速回転域で駆動し続けると、高速回転域で駆動する場合と比較して、耐久性に問題が生じてしまう。すなわち、超音波モータの耐久性を決定している大きな要因は、上記のリブ39と接触しているステータ32の表面磨耗であり、リブ39に接触している部分が磨耗により2ミクロン程度削れてしまうと、急激に超音波モータ30のトルクが減少し、モータとしての寿命が尽きてしまう。   By the way, if the ultrasonic motor 30 is continuously driven in the low speed rotation range, a problem arises in durability as compared with the case of driving in the high speed rotation range. That is, the major factor determining the durability of the ultrasonic motor is the surface wear of the stator 32 in contact with the rib 39, and the portion in contact with the rib 39 is scraped by about 2 microns due to wear. As a result, the torque of the ultrasonic motor 30 is suddenly reduced, and the life of the motor is exhausted.

図11(a),(b)は、それぞれ高速回転する場合、低速回転する場合のステータ32の表面振動を示している。図11(a)に示した41はステータ32の表面を示し、機械的な振動波が進行している。40はロータ33に取付けられているリブ39の表面を示している。図11(a)に示したように、高速回転時には、ステータ32上を進行する進行波の振幅が大きいため、42に示すようにリブ39の表面40との接触面積が小さくなる。このため、高速回転時には、回転量が多くても、ステータ32の磨耗量は少ない。   FIGS. 11A and 11B show surface vibrations of the stator 32 when rotating at a high speed and when rotating at a low speed, respectively. Reference numeral 41 shown in FIG. 11A denotes the surface of the stator 32, and mechanical vibration waves are traveling. Reference numeral 40 denotes a surface of the rib 39 attached to the rotor 33. As shown in FIG. 11A, during high speed rotation, the amplitude of the traveling wave traveling on the stator 32 is large, so that the contact area with the surface 40 of the rib 39 is small as indicated by 42. For this reason, at the time of high speed rotation, even if the amount of rotation is large, the amount of wear of the stator 32 is small.

図11(b)に示した43はステータ32の表面を示し、機械的な振動波が進行している。44はロータ33に取付けられているリブ39の表面を示している。図11(b)に示したように、低速回転時には、ステータ32上を進行する進行波の振幅が小さいため、45に示すようにリブ39の表面40との接触面積が大きくなる。このため、低速回転時には、高速回転時と回転量が同一の場合のステータ32の磨耗量は、高速回転時よりも多くなり、超音波モータ30の寿命が短くなる。   Reference numeral 43 shown in FIG. 11B denotes the surface of the stator 32, and mechanical vibration waves are traveling. Reference numeral 44 denotes a surface of the rib 39 attached to the rotor 33. As shown in FIG. 11B, during low-speed rotation, the amplitude of the traveling wave traveling on the stator 32 is small, so that the contact area with the surface 40 of the rib 39 is large as indicated by 45. For this reason, during low-speed rotation, the amount of wear of the stator 32 when the rotation amount is the same as during high-speed rotation is greater than during high-speed rotation, and the life of the ultrasonic motor 30 is shortened.

また、超音波モータ30を非常に低速で回転すると、トルクが小さく不安定になっていた。この問題を解決するため、一定の周波数で一定期間駆動した後に一旦駆動を停止し、所定時間後に駆動を再開するという駆動パターンを繰り返す、間歇駆動方法も実現されている(特開平05−336762号公報参照)。   Further, when the ultrasonic motor 30 is rotated at a very low speed, the torque is small and unstable. In order to solve this problem, an intermittent driving method is also realized in which a driving pattern is repeated in which driving is temporarily stopped after a certain period of time and then restarted after a predetermined time (Japanese Patent Laid-Open No. 05-336762). See the official gazette).

また、超音波モータ30の駆動方式として、スイープする駆動周波数をアナログ的に指示するVCO(Voltage Controlled Oscillator)方式や、スイープする駆動周波数をデジタル的に指示するレートマルチプライアー方式も実現されている(特開平11−341841号公報、特開平2000−184762参照)。
特開平05−336762号公報 特開平11−341841号公報 特開2000−184762号公報
Further, as a driving method for the ultrasonic motor 30, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) method for instructing the sweeping driving frequency in an analog manner and a rate multiplier method for digitally instructing a driving frequency for sweeping are realized ( JP-A-11-341841 and JP-A-2000-184762).
JP 05-336762 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-341841 JP 2000-184762 A

しかしながら、VCO方式は、低速回転域から高速回転域まで駆動制御する場合は、駆動周波数を変化させる範囲が広くなる。そのため、制御分解能が低下してしまい、特に、超音波モータを高速回転させる場合に超音波モータの回転速度が不安定になり、騒音が大きくなっていた。   However, in the VCO method, when the drive control is performed from the low speed rotation range to the high speed rotation range, the range in which the drive frequency is changed becomes wide. For this reason, the control resolution is lowered, and particularly when the ultrasonic motor is rotated at a high speed, the rotational speed of the ultrasonic motor becomes unstable and noise is increased.

一方、レートマルチプライアー方式は、駆動周波数を小刻みに変化させるため、ビートによる可聴音を発生していた。なお、高速回転する場合は、騒音防止のためには、アナログ的に駆動周波数を指示するVCO方式の方が、デジタル的に駆動周波数を指示するレートマルチプライアー方式よりも有利である。   On the other hand, the rate multiplier method generates an audible sound due to beats in order to change the drive frequency in small increments. In the case of high-speed rotation, the analog VCO method that indicates the drive frequency is more advantageous than the rate multiplier method that digitally indicates the drive frequency in order to prevent noise.

また、間歇駆動方式は、低速回転時にもトルクの安定性を確保することはできるが、上記の特許文献1には、要求される回転速度に応じた間歇駆動制御の具体的な方法が開示されていない。   In addition, the intermittent drive system can ensure the stability of the torque even during low-speed rotation, but the above-mentioned Patent Document 1 discloses a specific method of intermittent drive control according to the required rotational speed. Not.

そこで、本発明は、振動型アクチュエータを低速回転域から高速回転域まで駆動制御する場合に、各種の不具合の発生を可及的に防止し得る振動型アクチュエータの駆動装置、駆動方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a drive device and a drive method for a vibration type actuator that can prevent the occurrence of various problems as much as possible when driving the vibration type actuator from a low speed rotation range to a high speed rotation range. With the goal.

上記課題を解決するため、本発明は、振動体に供給する駆動信号の周波数を掃引することにより、該振動体の振動が伝達される可動体の運動速度を変化させる駆動制御手段を有する振動型アクチュエータの駆動装置において、前記駆動制御手段は、複数の駆動手段を制御すると共に、前記複数の駆動手段の中から1つ以上の駆動手段を選択する選択手段を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is a vibration type having a drive control means for changing the motion speed of a movable body to which the vibration of the vibration body is transmitted by sweeping the frequency of the drive signal supplied to the vibration body. In the actuator drive device, the drive control means has a selection means for controlling a plurality of drive means and selecting one or more drive means from the plurality of drive means.

本発明によれば、例えば、可動体の目標の運動速度、駆動信号の周波数帯域等に基づいて、複数の駆動手段の中から1つ以上の駆動手段を選択して、振動体に供給する駆動信号の周波数を掃引することができる。   According to the present invention, for example, based on the target motion speed of the movable body, the frequency band of the drive signal, etc., one or more drive means are selected from a plurality of drive means and the drive is supplied to the vibrator The frequency of the signal can be swept.

従って、振動型アクチュエータを低速回転域から高速回転域まで駆動制御する場合に、例えば寿命低下、運動動作の不安定化、駆動音発生等の各種の不具合の発生を可及的に防止し得る振動型アクチュエータの駆動装置、駆動方法を提供するが可能となる。   Therefore, when driving the vibration type actuator from the low-speed rotation range to the high-speed rotation range, for example, vibration that can prevent as much as possible the occurrence of various problems such as reduced life, instability in motion, and generation of drive sound. It is possible to provide a driving device and a driving method for a mold actuator.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1〜第3の実施形態における振動型アクチュエータ(超音波モータ)の駆動制御部の概略構成を示すブロック図である。図1に示したモータ制御回路230では、フィードバック制御により、超音波モータ30の駆動周波数を高周波側の初期周波数から低周波方向へスイープし、目標速度で超音波モータ30を回転するように制御している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a drive control unit of a vibration type actuator (ultrasonic motor) in the first to third embodiments of the present invention. In the motor control circuit 230 shown in FIG. 1, the drive frequency of the ultrasonic motor 30 is swept from the initial frequency on the high frequency side to the low frequency direction by feedback control, and the ultrasonic motor 30 is controlled to rotate at the target speed. ing.

なお、本実施の形態では、超音波モータ30の構造は、図9に示したものと同様の構造であることを想定しているが、他の構造の超音波モータにも本実施の形態に係るモータ駆動制御を適用することが可能である(第2,第3の実施の形態も同様)。また、本実施の形態における超音波モータ30は、回転駆動用の振動型アクチュエータとして用いることを想定しているが、直進往復駆動用の振動型アクチュエータとしての超音波モータ等に本実施の形態に係るモータ駆動制御を適用することも可能である(第2,第3の実施の形態も同様)。   In the present embodiment, it is assumed that the structure of the ultrasonic motor 30 is the same as that shown in FIG. 9, but the present embodiment also applies to ultrasonic motors having other structures. Such motor drive control can be applied (the same applies to the second and third embodiments). In addition, the ultrasonic motor 30 in the present embodiment is assumed to be used as a vibration type actuator for rotational driving, but the ultrasonic motor or the like as a vibration type actuator for linear reciprocating driving is used in this embodiment. Such motor drive control can also be applied (the same applies to the second and third embodiments).

図1において、CPU231は、超音波モータ30を搭載した装置を全体的に制御すると共に、超音波モータ30を回転駆動する際には、目標速度(目標回転速度:目標運動速度)、基準速度(基準回転速度:基準運動速度)、回転量(目標位置)、駆動パルスの幅や初期周波数(周期)などの情報(以下、パラメータと呼ぶ)を、モータ制御回路230に出力する。第1の実施の形態では、モータ制御回路230は、CPU231から与えられた目標速度に応じてレートマルチプライアー方式、或いはVCO方式を選択して、超音波モータ30を駆動制御する。   In FIG. 1, the CPU 231 generally controls the apparatus on which the ultrasonic motor 30 is mounted, and when the ultrasonic motor 30 is rotationally driven, a target speed (target rotational speed: target motion speed), a reference speed ( Information (hereinafter referred to as parameters) such as reference rotation speed (reference movement speed), rotation amount (target position), drive pulse width and initial frequency (cycle) is output to the motor control circuit 230. In the first embodiment, the motor control circuit 230 controls the drive of the ultrasonic motor 30 by selecting the rate multiplier method or the VCO method according to the target speed given from the CPU 231.

CPU231は、タイマ233を内蔵している。このタイマ233は、後述するように、超音波モータ30をレートマルチプライアー方式で駆動する場合に、駆動パルスの初期周波数を必要に応じて変更するために利用される。CPG(Clock Pulse Generator)232は、クロックパルスを発生してモータ制御回路230に供給する。モータ制御回路230の各部は、全体として調和の取れたモータ駆動制御を行なうために、クロックパルスに同期して各自の動作を行なう。   The CPU 231 has a timer 233 built therein. As will be described later, the timer 233 is used to change the initial frequency of the drive pulse as necessary when the ultrasonic motor 30 is driven by the rate multiplier method. A CPG (Clock Pulse Generator) 232 generates a clock pulse and supplies it to the motor control circuit 230. Each part of the motor control circuit 230 performs its own operation in synchronization with a clock pulse in order to perform motor drive control in a harmonious manner as a whole.

次に、モータ制御回路230の各部を説明する。パラメータ記憶部234は、CPU231から受け取った上記のパラメータを記憶する。このパラメータのうち、基準速度は速度比較部220に伝達され、初期周波数に係る周期は駆動周期設定部222に伝達され、目標速度とパルス幅は駆動信号生成回路223に伝達される。なお、基準速度は、目標速度に基づいて設定される速度であり、連続駆動制御の場合は基準速度=目標速度となり、間歇駆動制御の場合は、基準速度>目標速度となる。これらの詳細は後述する。   Next, each part of the motor control circuit 230 will be described. The parameter storage unit 234 stores the above parameters received from the CPU 231. Among these parameters, the reference speed is transmitted to the speed comparison unit 220, the period related to the initial frequency is transmitted to the drive period setting unit 222, and the target speed and the pulse width are transmitted to the drive signal generation circuit 223. The reference speed is a speed set based on the target speed. In the case of continuous drive control, the reference speed = target speed, and in the case of intermittent drive control, the reference speed> target speed. Details of these will be described later.

速度比較部220は、上記の基準速度と、後述の速度算出部227から出力される超音波モータ30の実速度を比較し、その差である速度偏差、すなわち(基準速度―実速度)の値を積分器221に出力する。実速度が基準速度よりも非常に小さい場合は、速度偏差はプラスの大きな値となり、駆動周波数が低周波方向に大きくスイープされる。また、実速度が基準速度よりも少しだけ小さい場合は、速度偏差はプラスの小さな値となり、駆動周波数が低周波方向に小さくスイープされる。また、実速度が基準速度よりも大きい場合は、速度偏差はマイナスの値となり、駆動周波数が高周波方向にスイープされる。   The speed comparison unit 220 compares the above-described reference speed with an actual speed of the ultrasonic motor 30 output from the speed calculation unit 227 described later, and a speed deviation that is the difference, that is, a value of (reference speed−actual speed). Is output to the integrator 221. When the actual speed is much smaller than the reference speed, the speed deviation is a large positive value, and the drive frequency is swept greatly in the low frequency direction. Further, when the actual speed is slightly smaller than the reference speed, the speed deviation becomes a small plus value, and the drive frequency is swept smaller in the low frequency direction. When the actual speed is higher than the reference speed, the speed deviation is a negative value, and the drive frequency is swept in the high frequency direction.

積分器221は、超音波モータ30の回転速度を滑らかに加速、或いは減速するため、速度比較部220から入力された速度偏差を時間により積分する。積分器221が積分を行う時間間隔は、パラメータ記憶部234に記憶された積分ゲインにより指定される。この積分ゲインの値が大きい場合は、積分器221が積分する頻度が少なくなり、超音波モータ30の回転速度の加減速が滑らかになる。一方、積分ゲインの値が小さい場合は、積分器221が積分する頻度が多くなり、超音波モータ30の回転速度の加減速が急峻になる。   The integrator 221 integrates the speed deviation input from the speed comparison unit 220 over time in order to smoothly accelerate or decelerate the rotation speed of the ultrasonic motor 30. The time interval at which the integrator 221 performs integration is specified by the integration gain stored in the parameter storage unit 234. When the value of the integral gain is large, the frequency of integration by the integrator 221 decreases, and the acceleration / deceleration of the rotational speed of the ultrasonic motor 30 becomes smooth. On the other hand, when the value of the integral gain is small, the frequency of integration by the integrator 221 increases, and the acceleration / deceleration of the rotational speed of the ultrasonic motor 30 becomes steep.

駆動周期設定部222は、初期周波数に係る周期に対して、積分器221により積分された速度偏差を加算し、その加算値を新規の駆動周期データTxとして駆動信号生成回路223に出力する。   The drive cycle setting unit 222 adds the speed deviation integrated by the integrator 221 to the cycle related to the initial frequency, and outputs the added value to the drive signal generation circuit 223 as new drive cycle data Tx.

なお、本実施の形態では、周期(周期=1/周波数)を用いて駆動制御を行なっているが、周期の代わりに周波数を用いて駆動制御を行なうことも可能である。また、本実施の形態では、速度比較部220からの速度偏差を積分器221だけで加工しているが、P(Proportional)、I(Integral)、D(Differrential)の3つの成分からなる公知のPID制御のように、比例ゲインや、微分ゲインにより速度偏を加工することも可能である(第2,第3の実施の形態も同様)。   In the present embodiment, drive control is performed using a cycle (cycle = 1 / frequency). However, drive control can also be performed using a frequency instead of a cycle. In the present embodiment, the speed deviation from the speed comparison unit 220 is processed only by the integrator 221, but a known component composed of three components of P (Proportional), I (Integral), and D (Differential). Like PID control, it is also possible to process the speed deviation by proportional gain or differential gain (the same applies to the second and third embodiments).

駆動信号生成回路223は、駆動周期設定部222から出力された駆動周期データTx、CPU231から供給されたパルス幅等に基づいて、超音波モータ30を駆動するための駆動パルスを生成する。なお、本実施の形態に係る駆動信号生成回路223は、後述するように、VCO方式とレートマルチプライアー方式の2つの方式で駆動パルスを生成するように構成されている(第2の実施の形態も同様)。   The drive signal generation circuit 223 generates a drive pulse for driving the ultrasonic motor 30 based on the drive cycle data Tx output from the drive cycle setting unit 222, the pulse width supplied from the CPU 231, and the like. Note that the drive signal generation circuit 223 according to the present embodiment is configured to generate drive pulses by two methods of a VCO method and a rate multiplier method, as will be described later (second embodiment). The same).

電圧増幅回路28は、駆動信号生成回路223から出力された駆動パルスを電圧増幅する。コイル29は、電圧増幅回路28により電圧増幅された駆動パルスを正弦波に変換して、超音波モータ30の振動体31に供給する。エンコーダ224は、超音波モータ30の回転速度を検出するためのセンサであり、超音波モータ30の回転速度に応じた周波数の検出パルスを出力する。   The voltage amplification circuit 28 amplifies the voltage of the drive pulse output from the drive signal generation circuit 223. The coil 29 converts the drive pulse voltage-amplified by the voltage amplification circuit 28 into a sine wave and supplies the sine wave to the vibrating body 31 of the ultrasonic motor 30. The encoder 224 is a sensor for detecting the rotational speed of the ultrasonic motor 30 and outputs a detection pulse having a frequency corresponding to the rotational speed of the ultrasonic motor 30.

このエンコーダ224からの検出パルスは速度算出部227に供給される。速度算出部227は、検出パルスに基づいて実速度を算出して速度比較部220にフィードバックする。モータ制御回路230は、このようなフィードバック制御を行なって、基準速度と実速度の速度差に応じた新たな駆動パルスを生成する処理を繰り返す。これにより、超音波モータ30の駆動周波数を目標速度(基準速度)に係る駆動周波数の方向へスイープしていく。   The detection pulse from the encoder 224 is supplied to the speed calculation unit 227. The speed calculation unit 227 calculates an actual speed based on the detected pulse and feeds back to the speed comparison unit 220. The motor control circuit 230 performs such feedback control, and repeats the process of generating a new drive pulse corresponding to the speed difference between the reference speed and the actual speed. Thereby, the drive frequency of the ultrasonic motor 30 is swept in the direction of the drive frequency related to the target speed (reference speed).

次に、第1の実施形態に係る駆動信号生成回路223の詳細な構成を、図2に基づいて説明する。   Next, a detailed configuration of the drive signal generation circuit 223 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

駆動方法選択部130は、超音波モータ30を駆動する際に、目標速度をパラメータ記憶部234から取得し、この目標速度に応じてVCO方式で駆動パルスを生成するか、或いはレートマルチプライアー方式で駆動パルスを生成するかを決定する。本実施の形態においては、駆動方法選択部130は、120°/秒以上の目標速度の場合は、論理「0」の信号を出力する。この論理「0」の信号は、ゲート138にはそのまま与えられ、ゲート133にはインバータ131で反転されて「1」の信号として与えられる。従って、120°/秒以上の目標速度の場合は、ゲート133がオープンされて、このゲート133を介して、駆動周期設定部222からの駆動周期データTxがVCO値算出部134に送出されることとなる。   When the ultrasonic motor 30 is driven, the driving method selection unit 130 acquires the target speed from the parameter storage unit 234 and generates a driving pulse by the VCO method according to the target speed, or by the rate multiplier method. Decide whether to generate drive pulses. In the present embodiment, drive method selection section 130 outputs a signal of logic “0” when the target speed is 120 ° / second or more. This logic “0” signal is supplied to the gate 138 as it is, and inverted to the gate 133 by the inverter 131 to be supplied as a “1” signal. Therefore, when the target speed is 120 ° / second or more, the gate 133 is opened, and the driving cycle data Tx from the driving cycle setting unit 222 is sent to the VCO value calculation unit 134 via the gate 133. It becomes.

一方、120°/秒未満の目標速度の場合は、駆動方法選択部130は、論理「1」の信号を出力する。この論理「1」の信号は、ゲート138にはそのまま与えられ、ゲート133にはインバータ131で反転されて「0」の信号として与えられる。従って、120°/秒以上の目標速度の場合は、ゲート138がオープンされ、このゲート138を介して、駆動周期設定部222からの駆動周期データTxがレートマルチプライアー系の16ビットレジスタ139に送出されることとなる。   On the other hand, when the target speed is less than 120 ° / second, the driving method selection unit 130 outputs a signal of logic “1”. This logic “1” signal is supplied to the gate 138 as it is, and is inverted by the inverter 131 and supplied to the gate 133 as a “0” signal. Accordingly, when the target speed is 120 ° / second or more, the gate 138 is opened, and the driving cycle data Tx from the driving cycle setting unit 222 is sent to the rate multiplier system 16-bit register 139 via the gate 138. Will be.

次に、VCO回路ブロックについて説明する。VCO値算出部134は、入力された駆動周期データTxのアナログ電圧レベルに相当するデジタル値を算出する。
この算出式は、

Figure 2007074787
である。 Next, the VCO circuit block will be described. The VCO value calculation unit 134 calculates a digital value corresponding to the analog voltage level of the input drive cycle data Tx.
This formula is
Figure 2007074787
It is.

ただし、Dvcoは、計算結果のデジタル値としてのVCO値、Txは入力された駆動周期データ、TmaxはVCO回路137で設定可能な最大周期、TminはVCO回路137で設定可能な最小周期である。また、K1は、10ビットレジスタ135で指定可能な周期の最大値(1023)である。   However, Dvco is a VCO value as a digital value of a calculation result, Tx is input drive cycle data, Tmax is a maximum cycle that can be set by the VCO circuit 137, and Tmin is a minimum cycle that can be set by the VCO circuit 137. K1 is the maximum value (1023) of the period that can be specified by the 10-bit register 135.

なお、本実施の形態では、駆動周波数の設定範囲は40KHz(Tmin=25μS)から33KHz(Tmax=30.3μS)となるように調整している。このTmin,Tmaxの調整方法については、後述する。上記の数式1により、例えば、駆動周期データTxが25.64μS(39KHz)の場合は、Dvcoは、(25.64−25)/(30.3−25)×1023=120と計算される。   In this embodiment, the setting range of the drive frequency is adjusted to be 40 KHz (Tmin = 25 μS) to 33 KHz (Tmax = 30.3 μS). A method for adjusting Tmin and Tmax will be described later. For example, when the drive cycle data Tx is 25.64 μS (39 KHz), Dvco is calculated as (25.64-25) / (30.3-25) × 1023 = 120 according to the above formula 1.

なお、Tmax,Tminは、CPU231からVCO測定指示を受け取った際に調整される。すなわち、VCO値算出部134は、CPU231からVCO測定指示を受けると、まず、K1の値、すなわち、10ビットレジスタ135で指定可能な周期の最大値である「1023」をVCO回路137に出力する。そして、VCO値算出部134は、「1023」に対応するパルスの周期をVCO回路137から受け取り、このパルスの周期をデジタル変換した値をTmaxとして記憶する。次に、VCO値算出部134は、「0」をVCO回路137に出力し、この「0」に対応するパルスの周期をVCO回路137から受け取り、このパルスの周期をデジタル変換した値をTminとして記憶する。   Tmax and Tmin are adjusted when a VCO measurement instruction is received from the CPU 231. That is, when receiving the VCO measurement instruction from the CPU 231, the VCO value calculation unit 134 first outputs the value of K 1, that is, “1023”, which is the maximum value of the period that can be specified by the 10-bit register 135, to the VCO circuit 137. . Then, the VCO value calculation unit 134 receives the pulse period corresponding to “1023” from the VCO circuit 137, and stores the value obtained by digitally converting the pulse period as Tmax. Next, the VCO value calculation unit 134 outputs “0” to the VCO circuit 137, receives the pulse cycle corresponding to this “0” from the VCO circuit 137, and sets the value obtained by digitally converting the pulse cycle as Tmin. Remember.

上記のVCO測定指示は、超音波モータ30を搭載している装置のリセット時に、CPU231から与えられるものである。また、「1023」、「0」にそれぞれ対応するパルスの周期(Tmax、Tmin:駆動周波数の範囲)は、後述するように、抵抗器147等により設定される。   The above-mentioned VCO measurement instruction is given from the CPU 231 when the apparatus equipped with the ultrasonic motor 30 is reset. Further, the pulse periods (Tmax, Tmin: drive frequency ranges) respectively corresponding to “1023” and “0” are set by a resistor 147 or the like, as will be described later.

10ビットレジスタ135は、VCO値算出部134にて算出されたVCO値Dvcoを記憶する。この10ビットレジスタ135は、上記のように、デジタル値としてのVCO値Dvcoを「0」から「1023」まで記憶可能である。本実施の形態では、この10ビットレジスタ135の記憶容量を考慮して、VCO値設定部134で使用するK1の値を「1023」と規定している。   The 10-bit register 135 stores the VCO value Dvco calculated by the VCO value calculation unit 134. As described above, the 10-bit register 135 can store the VCO value Dvco as a digital value from “0” to “1023”. In the present embodiment, considering the storage capacity of the 10-bit register 135, the value of K1 used in the VCO value setting unit 134 is defined as “1023”.

DA変換回路136は、10ビットレジスタ135に記憶されたデジタル値としてのVCO値を、アナログ電圧レベルに変換する。このVCO値が大きいほどアナログ電圧レベルは高くなり、VCO値が小さいほどアナログ電圧レベルは低くなる。例えば、VCO値が「120」の場合は、DA変換回路136から出力されるアナログ電圧レベルは、1V+120/1023=約1.117Vとなる。   The DA conversion circuit 136 converts the digital VCO value stored in the 10-bit register 135 into an analog voltage level. The analog voltage level increases as the VCO value increases, and the analog voltage level decreases as the VCO value decreases. For example, when the VCO value is “120”, the analog voltage level output from the DA conversion circuit 136 is 1V + 120/1023 = about 1.117V.

VCO回路137は、抵抗器147等により予め設定されたTmax,Tminの周期の範囲で、DA変換回路136からのアナログ電圧レベルに対応した周期の駆動パルスを出力する回路である。VCO回路137は、例えば、アナログ電圧レベルが上記の1.117Vの場合は、25.64μS(39KHz)周期の駆動パルスを出力する。この25.64μSの周期は、駆動周期設定部222から出力された駆動周期データTxと同じである。換言すれば、VCO回路137は、駆動周期設定部222から出力された駆動周期データTxと同じ周期の駆動パルスを出力するのである。   The VCO circuit 137 is a circuit that outputs a drive pulse having a cycle corresponding to the analog voltage level from the DA converter circuit 136 within a range of Tmax and Tmin preset by the resistor 147 and the like. For example, when the analog voltage level is 1.117 V, the VCO circuit 137 outputs a drive pulse having a period of 25.64 μS (39 KHz). The cycle of 25.64 μS is the same as the drive cycle data Tx output from the drive cycle setting unit 222. In other words, the VCO circuit 137 outputs a drive pulse having the same cycle as the drive cycle data Tx output from the drive cycle setting unit 222.

VCO回路137から出力する駆動パルスの周期(周波数)の範囲は、抵抗器147、可変抵抗器146、及びコンデンサ145により設定される。例えば、抵抗器147の抵抗値を大きくすると、駆動パルス信号の周波数の範囲が狭まり、小さくすると駆動パルスの周波数の範囲が広がる。具体的には、例えば、抵抗器147の抵抗値を15KΩにすると、VCO回路137の可変周波数範囲は12KHzとなり、VCO回路137は、33KHzから45KHzまでの周波数の駆動パルスを出力できるようになる。また、抵抗器147の抵抗値を22KΩにすると、VCO回路137の可変周波数範囲は7KHzとなり、VCO回路137は、33KHzから40KHzまでの周波数の駆動パルスを出力できるようになる。   The range of the period (frequency) of the drive pulse output from the VCO circuit 137 is set by the resistor 147, the variable resistor 146, and the capacitor 145. For example, when the resistance value of the resistor 147 is increased, the frequency range of the drive pulse signal is narrowed, and when the resistance value is decreased, the frequency range of the drive pulse is expanded. Specifically, for example, when the resistance value of the resistor 147 is set to 15 KΩ, the variable frequency range of the VCO circuit 137 becomes 12 KHz, and the VCO circuit 137 can output drive pulses having a frequency from 33 KHz to 45 KHz. Further, when the resistance value of the resistor 147 is set to 22 KΩ, the variable frequency range of the VCO circuit 137 becomes 7 KHz, and the VCO circuit 137 can output drive pulses having a frequency from 33 KHz to 40 KHz.

このようにして抵抗器147により設定される可変周波数範囲により、VCO回路137による超音波モータ30の駆動制御の分解能が決定される。例えば、駆動制御の分解能は、抵抗器147の抵抗値を15KΩにすると、12KHz/1024=11.7Hzとなる。また、抵抗器147の抵抗値を22KHzにすると、駆動制御の分解能は、7KHz/1024=6.8Hzとなる。すなわち、VCO回路137による超音波モータ30の駆動制御の分解能は、抵抗器147の抵抗値を小さくすると低くなり、抵抗器147の抵抗値を大きくすると高くなる。   Thus, the resolution of the drive control of the ultrasonic motor 30 by the VCO circuit 137 is determined by the variable frequency range set by the resistor 147. For example, the resolution of the drive control is 12 KHz / 1024 = 11.7 Hz when the resistance value of the resistor 147 is 15 KΩ. When the resistance value of the resistor 147 is 22 KHz, the resolution of the drive control is 7 KHz / 1024 = 6.8 Hz. That is, the resolution of the drive control of the ultrasonic motor 30 by the VCO circuit 137 decreases when the resistance value of the resistor 147 is decreased, and increases when the resistance value of the resistor 147 is increased.

そこで、本実施の形態では、超音波モータ30の駆動制御の分解能を高くするために、抵抗器147の抵抗値を22KΩにしている。このように超音波モータ30の駆動制御の分解能を高くすることにより、高速回転時にも超音波モータ30を安定的に駆動することが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, the resistance value of the resistor 147 is set to 22 KΩ in order to increase the resolution of drive control of the ultrasonic motor 30. As described above, by increasing the resolution of drive control of the ultrasonic motor 30, the ultrasonic motor 30 can be stably driven even during high-speed rotation.

なお、超音波モータ30の駆動制御の分解能を高くするため、10ビットレジスタ135のビット数を多くし、12ビットや16ビットにする方法も考えられるが、この場合には、DA変換回路136から出力されるアナログ電圧の分解能が1mV以下となるため、超音波モータ30の駆動制御の分解能を向上する方法としては適切でない。   In order to increase the resolution of the drive control of the ultrasonic motor 30, a method of increasing the number of bits of the 10-bit register 135 to 12 bits or 16 bits is also conceivable. Since the resolution of the output analog voltage is 1 mV or less, it is not appropriate as a method for improving the resolution of drive control of the ultrasonic motor 30.

また、コンデンサ145の静電容量を変化させる、或いは可変抵抗器146の抵抗値を変化させることによって、VCO回路137で設定可能な最大周期Tmax,最小周期Tmin、すなわちVCO回路137の可変周波数範囲、及び上記の分解能を変化させることができる。そこで、本実施の形態では、コンデンサ145としては所定の静電容量のものを使用すると共に、上記の理由で抵抗器147の抵抗値を22KHzに固定した上で、可変抵抗器146の抵抗値を変化させることにより、上記のTmax,Tminの周期に相当する周波数が33KHz、40KHzとなるように調整している(図3の符号210参照)。   Further, by changing the capacitance of the capacitor 145 or changing the resistance value of the variable resistor 146, the maximum cycle Tmax and the minimum cycle Tmin that can be set by the VCO circuit 137, that is, the variable frequency range of the VCO circuit 137, And the resolution can be changed. Therefore, in the present embodiment, a capacitor having a predetermined capacitance is used as the capacitor 145, and the resistance value of the resistor 147 is fixed to 22 KHz for the above-described reason, and then the resistance value of the variable resistor 146 is set. By changing the frequency, the frequency corresponding to the period of Tmax and Tmin is adjusted to 33 KHz and 40 KHz (see reference numeral 210 in FIG. 3).

なお、コンデンサ145として所定の静電容量のものを使用するようにしたのは、上記の調整としては可変抵抗器146の抵抗値の調整だけで十分であり、静電容量の異なるコンデンサに一々取り替えるのは面倒だからである。   The capacitor 145 having a predetermined capacitance is sufficient to adjust the resistance value of the variable resistor 146 as described above, and is replaced with a capacitor having a different capacitance. Because it is troublesome.

以上のようにして、VCO回路ブロックは、駆動信号生成回路223から受け取った駆動周期データTxに対応した周期(周波数)の駆動パルスを出力する。   As described above, the VCO circuit block outputs a drive pulse having a cycle (frequency) corresponding to the drive cycle data Tx received from the drive signal generation circuit 223.

次に、レートマルチプライアー回路ブロックについて説明する。16ビットレジスタ139は、ゲート138を介して入力された駆動周期データTxを記憶する。レートマルチプライアー回路140は、16ビットレジスタ139から駆動周期データTxを読み出して、CPG232からのクロックの周期に対応したレート値に換算して記憶する。   Next, the rate multiplier circuit block will be described. The 16-bit register 139 stores drive cycle data Tx input via the gate 138. The rate multiplier circuit 140 reads the driving cycle data Tx from the 16-bit register 139, converts it into a rate value corresponding to the clock cycle from the CPG 232, and stores it.

本実施の形態においては、前述したように、クロックの周波数は20MHzであり、上記のレート値の最小単位は50nSである。従って、例えば、ゲート138を介して入力された駆動周期データTxの周期が25.64μS(39KHz)の場合、レート値は、25640nS÷50nS=0512、余り40nSとなる。そこで、レートマルチプライアー回路140は、読み出した駆動周期データTxの周期が25.64μS(39KHz)の場合は、この「0512」をレート値として記憶する。すなわち、余り40nSは切り捨てられる。このため、レートマルチプライアー方式で指示される駆動周期(駆動周波数)は、多少の誤差を含んでいる。   In the present embodiment, as described above, the clock frequency is 20 MHz, and the minimum unit of the rate value is 50 nS. Therefore, for example, when the cycle of the drive cycle data Tx input through the gate 138 is 25.64 μS (39 KHz), the rate value is 25640 nS ÷ 50 nS = 0512 and the remainder is 40 nS. Therefore, the rate multiplier circuit 140 stores “0512” as a rate value when the cycle of the read drive cycle data Tx is 25.64 μS (39 KHz). That is, the remainder of 40 nS is discarded. For this reason, the drive cycle (drive frequency) instructed by the rate multiplier method includes some errors.

次に、レートマルチプライアー回路140は、クロックの周波数20MHzをカウンタ回路(図示省略)で分周して、50nS→100nS→200nS→400nS…→…12800nS→25600nSの周期の各パルスを生成する。次に、レートマルチプライアー回路140は、分周処理により生成されたパルスに基づいて、合成回路(図示省略)によりレート値に相当する周期のパルスを生成する。そして、レートマルチプライアー回路140は、生成したパルスを入力に係る駆動周期データTxに対応するパルスとして、駆動信号発生回路142に出力する。   Next, the rate multiplier circuit 140 divides the frequency of the clock of 20 MHz by a counter circuit (not shown), and generates each pulse with a cycle of 50 nS → 100 nS → 200 nS → 400 nS ... → ... 12800 nS → 25600 nS. Next, the rate multiplier circuit 140 generates a pulse having a period corresponding to the rate value by a synthesis circuit (not shown) based on the pulse generated by the frequency dividing process. Then, the rate multiplier circuit 140 outputs the generated pulse to the drive signal generation circuit 142 as a pulse corresponding to the drive cycle data Tx related to the input.

例えば、駆動周期データTxの周期が25.64μS(39KHz)の場合、レート値は「512」なので、レートマルチプライアー回路140は、512×50nS=25600nSの周期のパルスを、駆動信号発生回路142に出力する。また、レート値が「511」の場合は、レートマルチプライアー回路140は、511×50nS=25550nSの周期のパルスを、駆動信号発生回路142に出力する。この25550nSの周期のパルスは、分周処理により得られた25600nSの周期のパルスと50nSの周期のパルスを合成することにより得られる。   For example, when the cycle of the drive cycle data Tx is 25.64 μS (39 KHz), the rate value is “512”. Output. When the rate value is “511”, the rate multiplier circuit 140 outputs a pulse having a cycle of 511 × 50 nS = 25550 nS to the drive signal generation circuit 142. The pulse having a period of 25550 nS is obtained by combining a pulse having a period of 25600 nS and a pulse having a period of 50 nS obtained by the frequency dividing process.

レート値が「512」の場合にレートマルチプライアー回路140から駆動信号発生回路142に出力されるパルスの周期は、25600nSであり、この周期は39.062KHzの周波数に相当する。また、レート値が「511」の場合にレートマルチプライアー回路140から駆動信号発生回路142に出力されるパルスの周期は、25550nSの周期であり、この周期は39.139KHzの周波数に相当する。従って、本実施の形態において、レートマルチプライアー方式で超音波モータ30を駆動制御する場合の分解能は、39.139KHz−39.062KHz=0.077KHz=77Hzとなる。   When the rate value is “512”, the cycle of pulses output from the rate multiplier circuit 140 to the drive signal generation circuit 142 is 25600 nS, and this cycle corresponds to a frequency of 39.062 KHz. Further, when the rate value is “511”, the cycle of the pulse output from the rate multiplier circuit 140 to the drive signal generation circuit 142 is a cycle of 25550 nS, and this cycle corresponds to a frequency of 39.139 KHz. Therefore, in the present embodiment, the resolution when driving and controlling the ultrasonic motor 30 by the rate multiplier method is 39.139 KHz-39.062 KHz = 0.077 KHz = 77 Hz.

前述のように、本実施の形態において、VCO方式で超音波モータ30を駆動制御する場合の分解能は、6.8Hzであり、レートマルチプライアー方式では77Hzであるので、レートマルチプライアー方式の方がVCO方式よりも超音波モータ30を駆動制御する場合の分解能が低くなる。   As described above, in the present embodiment, the resolution when the ultrasonic motor 30 is driven and controlled by the VCO method is 6.8 Hz, and the rate multiplier method is 77 Hz. Therefore, the rate multiplier method is more suitable. The resolution in driving and controlling the ultrasonic motor 30 is lower than that in the VCO method.

このレートマルチプライアー方式での上記分解能を高くするため、CPG232にて生成するクロックの周波数を高くする方法や、モータ制御回路230の内部回路でPLL方式により高周波のクロックを生成する方法を用いることも考えられる。しかし、これらの方法では、モータ制御回路230の回路規模や当該回路230で発生するノイズのレベルが大きくなってしまう。このため、本実施の形態では、目標速度が低速の場合に限ってレートマルチプライアー方式で駆動するようにしている。   In order to increase the resolution in the rate multiplier method, a method of increasing the frequency of the clock generated by the CPG 232 or a method of generating a high frequency clock by the PLL method in the internal circuit of the motor control circuit 230 may be used. Conceivable. However, these methods increase the circuit scale of the motor control circuit 230 and the level of noise generated in the circuit 230. For this reason, in the present embodiment, the rate multiplier method is used only when the target speed is low.

なお、16ビットレジスタ139の値が「1」から「65535(全ビット1)」までの範囲の値を採るため、本実施の形態のように、クロックの周波数が20MHz(50nSの周期)の場合には、レートマルチプライアー方式での駆動周波数の可変範囲は、理論的には、20,000KHzから305Hzとなる(図3の符号211参照)。しかしながら、前述の理由等により、本実施の形態では、レートマルチプライアー方式で使用する駆動周波数帯域は、図3において符号211aで示したように、高周波帯域(低速回転領域)に限っている。   Since the value of the 16-bit register 139 takes a value in the range from “1” to “65535 (all bits 1)”, the clock frequency is 20 MHz (50 nS period) as in this embodiment. In theory, the variable range of the drive frequency in the rate multiplier method is theoretically 20,000 KHz to 305 Hz (see reference numeral 211 in FIG. 3). However, for the reasons described above, in this embodiment, the drive frequency band used in the rate multiplier method is limited to the high frequency band (low speed rotation region) as indicated by reference numeral 211a in FIG.

図3に示したレートマルチプライアー方式での駆動周波数の可変範囲211は、図10を用いて説明した超音波モータ30を低速で回転駆動する場合の初期周波数44KHzを含んでおり、さらに低速回転時の目標の回転速度を得るための周波数38KHzも含んでいる。この点からも、本実施の形態では、超音波モータ30を低速回転する場合は、レートマルチプライアー方式で駆動するようにしている。   The variable range 211 of the drive frequency in the rate multiplier method shown in FIG. 3 includes an initial frequency of 44 KHz when the ultrasonic motor 30 described with reference to FIG. 10 is driven to rotate at a low speed. A frequency of 38 KHz for obtaining a target rotational speed is also included. Also from this point, in the present embodiment, when the ultrasonic motor 30 is rotated at a low speed, the ultrasonic motor 30 is driven by the rate multiplier method.

駆動パルス発生回路142は、VCO回路137、又はレートマルチプライアー回路140から出力されたパルスに対して、その周波数(周期)は変更することなく、そのパルス幅をCPU231から指定されたパルス幅に修正する処理を施す。そして、駆動パルス発生回路142は、パルス幅の修正処理を施したパルスを超音波モータ駆動用の駆動パルスとしてコイル29を介して振動体31に供給する。   The drive pulse generation circuit 142 corrects the pulse width of the pulse output from the VCO circuit 137 or the rate multiplier circuit 140 to the pulse width specified by the CPU 231 without changing the frequency (cycle). Apply the process. The drive pulse generation circuit 142 supplies the pulse subjected to the pulse width correction process to the vibrating body 31 through the coil 29 as a drive pulse for driving the ultrasonic motor.

なお、本実施の形態では、振動体31に供給する駆動パルスのパルス幅をCPU231から駆動パルス発生回路142に対して指定しているが、駆動パルス発生回路142において、入力されたパルスの周波数に応じて自動的にパルス幅を決定するようにしてもよい。   In the present embodiment, the pulse width of the drive pulse supplied to the vibrating body 31 is specified from the CPU 231 to the drive pulse generation circuit 142, but the drive pulse generation circuit 142 sets the frequency of the input pulse. In response to this, the pulse width may be automatically determined.

次に、超音波モータ30の駆動制御例を図4,5のフローチャートに基づいて説明する。   Next, an example of drive control of the ultrasonic motor 30 will be described based on the flowcharts of FIGS.

なお、図4,5に示したフローチャートは、図示省略した監視カメラの撮影方向を変化させるためのアクチュエータとして超音波モータ30を用いた場合の超音波モータ30の駆動制御例を示すものである。   The flowcharts shown in FIGS. 4 and 5 show examples of drive control of the ultrasonic motor 30 when the ultrasonic motor 30 is used as an actuator for changing the shooting direction of a monitoring camera (not shown).

CPU231は、まず、監視カメラの目標位置(目標回転角)、目標速度(目標回転速度)を、後述の回転パラメータ決定部から取得する(ステップS1)。この目標位置、目標速度は、例えば、当該監視カメラにより不審者を追尾しながら撮像する場合、物音がした方向に素早く当該監視カメラの撮影方向を切替える場合などに対応するパラメータである。本実施の形態では、監視カメラの目標位置、目標速度は、図示省略した赤外線センサ、音センサ等を含むパラメータ決定部により決定している。   First, the CPU 231 acquires the target position (target rotation angle) and target speed (target rotation speed) of the monitoring camera from a rotation parameter determination unit described later (step S1). The target position and the target speed are parameters corresponding to, for example, a case where an image is captured while tracking a suspicious person by the monitoring camera, or a case where the shooting direction of the monitoring camera is quickly switched to a direction in which a noise is generated. In the present embodiment, the target position and target speed of the surveillance camera are determined by a parameter determination unit including an infrared sensor, a sound sensor, etc., not shown.

ただし、赤外線センサ、音センサ等からの検知信号に基づいて、CPU231が主体的に監視カメラの目標位置、目標速度を決定することも可能である。なお、監視カメラは超音波モータ30により回転駆動されているので、監視カメラの目標位置、目標速度は、超音波モータ30の目標位置、目標速度でもある。   However, it is also possible for the CPU 231 to determine the target position and target speed of the surveillance camera mainly based on detection signals from an infrared sensor, a sound sensor, and the like. Since the monitoring camera is rotationally driven by the ultrasonic motor 30, the target position and target speed of the monitoring camera are also the target position and target speed of the ultrasonic motor 30.

次に、CPU231は、取得した目標速度を駆動方法選択部130に与え、目標速度が120°/秒以上であるか否かを判別させる(ステップS2)。駆動方法選択部130は、目標速度が120°/秒未満であると判別した場合は、超音波モータ30の駆動制御方式としてレートマルチプライアー方式、及び間歇駆動方式を指定する(ステップS3)。   Next, the CPU 231 gives the acquired target speed to the driving method selection unit 130 and determines whether or not the target speed is 120 ° / second or more (step S2). When it is determined that the target speed is less than 120 ° / second, the drive method selection unit 130 designates the rate multiplier method and the intermittent drive method as the drive control method of the ultrasonic motor 30 (step S3).

この場合、駆動方法選択部130は、前述のように、論理「1」の信号を出力してゲート138をオープンさせ、駆動周期データTxがゲート138を介してレートマルチプライアーの回路ブロックに出力されるようにすることにより、レートマルチプライアー方式で、かつ間歇駆動することを指定する。なお、間歇駆動制御で超音波モータ30を駆動制御する場合は、超音波モータ30をステッピングモータとして機能させることができ、例えば高精度な位置決めを行なうことができる。   In this case, as described above, the driving method selection unit 130 outputs the logic “1” signal to open the gate 138, and the driving cycle data Tx is output to the rate multiplier circuit block via the gate 138. By doing so, the rate multiplier method and intermittent driving are designated. Note that when the ultrasonic motor 30 is driven and controlled by the intermittent drive control, the ultrasonic motor 30 can function as a stepping motor, and for example, highly accurate positioning can be performed.

次に、CPU231は、目標速度が10°/秒以上であるか否かを判別する(ステップS4)。その結果、目標速度が10°/秒以上の場合は、CPU231は、駆動パルスのパルス幅を8μSに設定し、初期周波数を37KHzに設定し、基準速度を240°/秒に設定する(ステップS5)。   Next, the CPU 231 determines whether or not the target speed is 10 ° / second or more (step S4). As a result, when the target speed is 10 ° / second or more, the CPU 231 sets the pulse width of the drive pulse to 8 μS, sets the initial frequency to 37 KHz, and sets the reference speed to 240 ° / second (step S5). ).

また、CPU231は、ステップS5では、規定の割込回数として「3」を変数Nに設定する。この規定の割込回数Nは、超音波モータ30の回転駆動を開始した後に回転駆動を停止するまでの間に、エンコーダ224からの検知パルスによる割り込みを何回とするかを規定するものである。すなわち、規定の割込回数Nは、超音波モータ30を間歇駆動する際の駆動停止タイミングを規定するものである。   In step S5, the CPU 231 sets “3” as the variable N as the predetermined number of interruptions. This prescribed number of interruptions N defines how many interruptions by the detection pulse from the encoder 224 are performed after the rotational drive of the ultrasonic motor 30 is started and before the rotational drive is stopped. . That is, the prescribed number of interruptions N defines the drive stop timing when the ultrasonic motor 30 is intermittently driven.

一方、目標速度が10°/秒未満の場合は、CPU231は、駆動パルスのパルス幅を6μSに設定し、初期周波数を44KHzに設定し、基準速度を60°/秒に設定すると共に、規定の割込回数Nとして「2」を変数Nに設定する(ステップS6)。   On the other hand, when the target speed is less than 10 ° / sec, the CPU 231 sets the pulse width of the drive pulse to 6 μS, sets the initial frequency to 44 KHz, sets the reference speed to 60 ° / sec, “2” is set to the variable N as the number of interruptions N (step S6).

なお、ステップS5,S6の処理は、間歇駆動制御を行なう場合の処理なので、ステップS5,S6にて設定する基準速度は、前述の通り、基準速度>目標速度となっている。また、ステップS5,S6における設定処理は、CPU231が上記の各設定値をモータ制御回路230に供給し、パラメータ記憶部234に格納させることにより行なう。   In addition, since the process of step S5, S6 is a process in the case of performing intermittent drive control, the reference speed set in step S5, S6 is reference | standard speed> target speed as mentioned above. In addition, the setting process in steps S5 and S6 is performed by the CPU 231 supplying the above set values to the motor control circuit 230 and storing them in the parameter storage unit 234.

ステップS5又はS6の処理が終了すると、CPU231は、ステップS7〜S14の間歇駆動制御を行なう。この間歇駆動制御では、CPU231は、まず、目標速度に基づいて、エンコーダ224からの検知パルスに基づく割り込みの時間の間隔の目標時間を計算し、変数Tcに設定する(ステップS7)。例えば、本実施の形態で使用しているエンコーダ224では、36°/秒の目標速度に対応する上記の割込数は、100割込み/秒となっている。従って、ステップS1で取得した目標速度が36°/秒の場合は、平均10ms毎に割込みが発生することとなるので、CPU231は、この10msを目標時間として変数Tcに設定する。   When the process of step S5 or S6 ends, the CPU 231 performs intermittent drive control of steps S7 to S14. In this intermittent drive control, the CPU 231 first calculates the target time of the interrupt time interval based on the detection pulse from the encoder 224 based on the target speed, and sets it to the variable Tc (step S7). For example, in the encoder 224 used in the present embodiment, the number of interrupts corresponding to a target speed of 36 ° / second is 100 interrupts / second. Therefore, when the target speed acquired in step S1 is 36 ° / second, an interrupt occurs every 10 ms on average, and the CPU 231 sets this 10 ms as the target time in the variable Tc.

次に、CPU231は、タイマ233に対して計時動作を開始するように指令すると共に、モータ制御回路230に対して超音波モータ30の駆動制御を開始するように指令する(ステップS8)。この場合、モータ制御回路230は、ステップS5又はS6でCPU231により設定された駆動パルスのパルス幅、初期周波数、基準速度に基づいて、レートマルチプライアー方式で超音波モータ30を駆動制御する。   Next, the CPU 231 instructs the timer 233 to start the timing operation and also instructs the motor control circuit 230 to start the drive control of the ultrasonic motor 30 (step S8). In this case, the motor control circuit 230 controls the drive of the ultrasonic motor 30 by the rate multiplier method based on the pulse width, initial frequency, and reference speed of the drive pulse set by the CPU 231 in step S5 or S6.

すなわち、モータ制御回路230は、エンコーダ224からの検出パルスに基づいて算出される実速度が設定された基準速度に達するように、超音波モータ30の回転速度を制御する。また、モータ制御回路230は、このようなモータ制御を行なう際には、駆動パルスの周波数を上記の設定に係る初期周波数を起点として低周波方向にスイープしていくと共に、駆動パルスのパルス幅を設定に係るパルス幅に揃える。   That is, the motor control circuit 230 controls the rotational speed of the ultrasonic motor 30 so that the actual speed calculated based on the detection pulse from the encoder 224 reaches the set reference speed. In addition, when performing such motor control, the motor control circuit 230 sweeps the frequency of the drive pulse in the low frequency direction starting from the initial frequency related to the above setting, and sets the pulse width of the drive pulse. Align with the pulse width related to the setting.

次に、CPU231は、エンコーダ224からの検知パルスによる割り込み回数が、規定の割込回数Nに達しているか否かを判別する(ステップS9)。その結果、規定の割込回数Nに達していない場合は、CPU231は、ステップS9の判別処理を繰り返す。一方、規定の割込回数Nに達している場合は、CPU231は、間歇駆動を実践すべく、モータ制御回路230による超音波モータ30の駆動制御を停止させる(ステップS10)。   Next, the CPU 231 determines whether or not the number of interruptions due to the detection pulse from the encoder 224 has reached a predetermined number of interruptions N (step S9). As a result, when the prescribed number of interruptions N has not been reached, the CPU 231 repeats the determination process in step S9. On the other hand, when the prescribed number of interruptions N has been reached, the CPU 231 stops the drive control of the ultrasonic motor 30 by the motor control circuit 230 in order to practice intermittent drive (step S10).

次に、CPU231は、超音波モータ30の回転位置(回転角)、すなわち監視カメラの回転位置(回転角)が、ステップS1にて取得した目標位置に達しているか否かを判別する(ステップS11)。その結果、目標位置に達している場合は、CPU231は、本超音波モータ30の駆動制御を終了する。   Next, the CPU 231 determines whether or not the rotation position (rotation angle) of the ultrasonic motor 30, that is, the rotation position (rotation angle) of the monitoring camera has reached the target position acquired in step S1 (step S11). ). As a result, when the target position has been reached, the CPU 231 ends the drive control of the ultrasonic motor 30.

一方、目標位置に達していない場合は、CPU231は、(規定の割込回数N×目標時間Tc)の値の方がタイマ233により計時された値(タイマ値)より大きいか否かを判別する(ステップS12)。例えば、目標速度36°/秒で動作させたい場合は、規定の割込回数N=3、目標時間Tc=10msとなり、(規定の割込回数N×目標時間Tc)=30msとなるので、CPU231は、ステップS12では、この「30ms」がタイマ値より大きいか否かを判別する。   On the other hand, if the target position has not been reached, the CPU 231 determines whether or not the value of (prescribed interrupt number N × target time Tc) is greater than the value (timer value) counted by the timer 233. (Step S12). For example, when it is desired to operate at a target speed of 36 ° / sec, the specified interrupt count N = 3 and the target time Tc = 10 ms, and (the specified interrupt count N × target time Tc) = 30 ms. In step S12, it is determined whether or not “30 ms” is greater than the timer value.

なお、ステップS12におけるタイマ値は、間歇駆動の1周期の実際の時間を示し、(規定の割込回数N×目標時間Tc)は、間歇駆動の1周期の目標周期(目標時間)を示している。従って、ステップS12の処理は、間歇駆動の1周期の実際の周期が目標周期より短いか否かを判別していることを意味する。別の見方をすると、ステップS12の処理は、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の実際の回転速度が、間歇駆動の1周期における目標速度より速いか否かを判別していることを意味する。   The timer value in step S12 indicates the actual time of one cycle of intermittent driving, and (the specified number of interruptions N × target time Tc) indicates the target cycle (target time) of one cycle of intermittent driving. Yes. Therefore, the process of step S12 means that it is determined whether or not the actual cycle of one cycle of intermittent driving is shorter than the target cycle. From another viewpoint, the process of step S12 means that it is determined whether or not the actual rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving is faster than the target speed in one cycle of intermittent driving. To do.

CPU231は、ステップS12にて、タイマ値の方が小さと判別した場合、すなわち間歇駆動の1周期における超音波モータ30の実際の回転速度が間歇駆動の1周期における目標速度より速いと判別した場合は、(規定の割込回数N×目標時間Tc)の値がタイマ値と同じ値になるまで待って(ステップS13)、ステップS7に戻り、間歇駆動制御を継続する。   When CPU 231 determines in step S12 that the timer value is smaller, that is, when it is determined that the actual rotational speed of ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving is faster than the target speed in one cycle of intermittent driving. Waits until the value of (prescribed interrupt number N × target time Tc) becomes the same value as the timer value (step S13), returns to step S7, and continues intermittent drive control.

一方、CPU231は、ステップS12にて、タイマ値が(規定の割込回数N×目標時間Tc)の値以上であると判別した場合、すなわち、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の実際の回転速度が間歇駆動の1周期における目標速度以下であると判別した場合は、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の回転速度を速くするための処理を行なう(ステップS14)。   On the other hand, if the CPU 231 determines in step S12 that the timer value is equal to or greater than the value of (the predetermined number of interruptions N × target time Tc), that is, the actual value of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving. When it is determined that the rotational speed is equal to or lower than the target speed in one cycle of intermittent driving, a process for increasing the rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving is performed (step S14).

本実施の形態では、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の回転速度を速くするための処理として、現時点で超音波モータ30を駆動している駆動パルスのパルス幅を1μS広くし、現時点で設定されている初期周波数を0.5KHzだけ低周波にしている。その後、CPU231は、ステップS7に戻り、間歇駆動制御を継続する。   In the present embodiment, as a process for increasing the rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving, the pulse width of the drive pulse currently driving the ultrasonic motor 30 is increased by 1 μS, The set initial frequency is set to a low frequency of 0.5 KHz. Thereafter, the CPU 231 returns to step S7 and continues intermittent drive control.

なお、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の回転速度を速くするための処理としては、初期周波数を低周波に変更する代わりに、駆動周波数のスイープ速度を速くしてもよい。このスイープ速度は、駆動周波数を初期周波数から低周波数に徐々に切替えていく場合の切替え速度であり、例えば、初期周波数を37KHzにしておき、100Hz/msのスイープ速度を設定すると、10ms後に駆動周波数が36KHzになる。このスイープ速度を200Hz/msに変更すると、5ms後に駆動周波数が36KHzになる。従って、駆動周波数のスイープ速度を速くすることにより、迅速に目標の回転速度に達するように制御することができる。   As a process for increasing the rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving, the sweep speed of the drive frequency may be increased instead of changing the initial frequency to a low frequency. This sweep speed is a switching speed when the drive frequency is gradually switched from the initial frequency to the low frequency. For example, when the initial frequency is set to 37 KHz and a sweep speed of 100 Hz / ms is set, the drive frequency is 10 ms later. Becomes 36 KHz. When this sweep speed is changed to 200 Hz / ms, the drive frequency becomes 36 KHz after 5 ms. Therefore, by increasing the sweep speed of the drive frequency, it is possible to control to quickly reach the target rotation speed.

また、積分器221の積分ゲインを小さくして積分器221が積分を行う時間間隔を短くすることにより、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の回転速度を速くすることも可能である。   Further, it is possible to increase the rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving by reducing the integration gain of the integrator 221 and shortening the time interval at which the integrator 221 performs integration.

駆動方法選択部130は、ステップS2において、目標回転速度が120°/秒以上であると判別した場合は、超音波モータ30の駆動制御方式としてVCO方式、及び連続駆動方式を指定する(ステップS15)。次に、CPU231は、駆動パルスのパルス幅を10μSに設定し、初期周波数を39KHzに設定し、基準速度としては目標速度を設定する(ステップS16)。   If the drive method selection unit 130 determines in step S2 that the target rotational speed is 120 ° / second or more, the drive method selection unit 130 designates the VCO method and the continuous drive method as the drive control method of the ultrasonic motor 30 (step S15). ). Next, the CPU 231 sets the pulse width of the drive pulse to 10 μS, sets the initial frequency to 39 KHz, and sets the target speed as the reference speed (step S16).

次に、CPU231は、超音波モータ30の駆動を開始させ、モータ回転位置が目標回転位置に達した時点で超音波モータ30の駆動を停止させるように、モータ制御回路230を制御する(ステップS17〜S19)。この場合、モータ制御回路230は、VCO方式、及び連続駆動方式で超音波モータ30を駆動制御することは言うまでもない。   Next, the CPU 231 starts driving the ultrasonic motor 30 and controls the motor control circuit 230 to stop driving the ultrasonic motor 30 when the motor rotation position reaches the target rotation position (step S17). To S19). In this case, it goes without saying that the motor control circuit 230 controls the drive of the ultrasonic motor 30 by the VCO method and the continuous drive method.

以上説明したように、第1の実施の形態では、超音波モータ30の目標速度が低速で、超音波モータ30を低速回転させる場合は、デジタル的に駆動パルスを決定するレートマルチプライアー方式による駆動制御、及び間歇駆動制御を行っている。従って、超音波モータ30を低速回転させる場合でも、トルクが不安定になることは無く、モータ回転時にビート音が発生することも無く、さらに寿命低下を招くことも無い。   As described above, in the first embodiment, when the target speed of the ultrasonic motor 30 is low and the ultrasonic motor 30 is rotated at a low speed, the driving by the rate multiplier method that digitally determines the driving pulse. Control and intermittent drive control are performed. Therefore, even when the ultrasonic motor 30 is rotated at a low speed, the torque does not become unstable, no beat sound is generated when the motor is rotated, and the life is not shortened.

また、第1の実施の形態では、超音波モータ30の目標速度が高速で、超音波モータ30を高速回転させる場合は、アナログ的に駆動パルスを決定するVCO方式による駆動制御、及び連続駆動制御を行なっている。従って、超音波モータ30を高速回転させる場合でも、モータ駆動制御の分解能が低下することは無く、回転動作が不安定になることも無い。   In the first embodiment, when the target speed of the ultrasonic motor 30 is high and the ultrasonic motor 30 is rotated at a high speed, the drive control by the VCO method that determines the drive pulse in an analog manner and the continuous drive control are performed. Is doing. Therefore, even when the ultrasonic motor 30 is rotated at a high speed, the resolution of the motor drive control is not lowered, and the rotating operation is not unstable.

なお、第1の実施の形態では、レートマルチプライアー方式による駆動制御、及び間歇駆動制御と、VCO方式による駆動制御、及び連続駆動制御との何れを選択するかを決定するための目標速度を、120°/秒としているが、これ以外の目標速度により、上記の選択・決定を行なうことも可能である。   In the first embodiment, the target speed for determining which of the drive control by the rate multiplier method, the intermittent drive control, the drive control by the VCO method, and the continuous drive control is selected, Although it is set to 120 ° / second, the above selection / determination can be performed at a target speed other than this.

また、ステップS4において、目標速度が10°/秒以上であるか否かにより、初期周波数、基準速度等のパラメータを異なる値に設定しているが、さらに20°/秒、30°/秒、…、110°/秒と小刻みに判別していき、上記のパラメータの値を小刻みに変更・設定していくことも可能である。   In step S4, parameters such as the initial frequency and the reference speed are set to different values depending on whether or not the target speed is 10 ° / second or more, but 20 ° / second, 30 ° / second, ..., it is also possible to change the value of the above parameter to small increments by discriminating in small increments of 110 ° / second.

さらに、ステップS12→S14のように、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の実際の回転速度が間歇駆動の1周期における目標速度以下の場合に、超音波モータ30の回転速度を速くするだけでなく、間歇駆動の1周期における超音波モータ30の実際の回転速度が間歇駆動の1周期における目標速度よりも非常に速い場合に、超音波モータ30の回転速度を遅くするようにしてもよい。   Further, as in steps S12 → S14, when the actual rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving is equal to or lower than the target speed in one cycle of intermittent driving, the rotational speed of the ultrasonic motor 30 is only increased. Instead, the rotational speed of the ultrasonic motor 30 may be decreased when the actual rotational speed of the ultrasonic motor 30 in one cycle of intermittent driving is much higher than the target speed in one cycle of intermittent driving. .

[第2の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である。この第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路と図2に示した第1の実施の形態に係る駆動信号生成回路との相違点は、第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路では、第1の実施の形態で用いた駆動方法選択部130の代わりに、カウンタ151を用いる点である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a drive signal generation circuit according to the second embodiment of the present invention. The drive signal generation circuit according to the second embodiment is different from the drive signal generation circuit according to the first embodiment shown in FIG. 2 in the drive signal generation circuit according to the second embodiment. The counter 151 is used in place of the driving method selection unit 130 used in the first embodiment.

このカウンタ151は、超音波モータ30の1回の回転(回動)動作中に、どのタイミングで駆動方式を切替えるかを決定するために設けられている。すなわち、カウンタ151は、エンコーダ224の規定の検出パルス数(以下、エンコーダ設定値という)をCPU231から受け取り、初期のカウンタ値として設定する。そして、カウンタ151は、エンコーダ224から検出パルス(以下、エンコーダ信号という)が入力される毎に、エンコーダ設定値を「1」だけデクリメントしていく。   The counter 151 is provided to determine at which timing the driving method is switched during one rotation (rotation) of the ultrasonic motor 30. That is, the counter 151 receives a prescribed number of detected pulses of the encoder 224 (hereinafter referred to as encoder setting value) from the CPU 231 and sets it as an initial counter value. The counter 151 decrements the encoder setting value by “1” every time a detection pulse (hereinafter referred to as an encoder signal) is input from the encoder 224.

この際、カウンタ151は、カウンタ値が「1」になるまでの間は論理「1」の信号を出力し、カウンタ値が「0」になった時点で論理「0」の信号を出力する。なお、カウンタ151は、カウンタ値が「0」になるとカウント動作を中止する。   At this time, the counter 151 outputs a logic “1” signal until the counter value becomes “1”, and outputs a logic “0” signal when the counter value becomes “0”. The counter 151 stops the counting operation when the counter value becomes “0”.

カウンタ151の出力が「1」のときは、ゲート138を介して駆動周期データTxが16ビットレジスタ139に送出され、レートマルチプライアー方式による駆動制御、及び間歇駆動制御が実行される。また、カウンタ151の出力が「0」のときは、ゲート133を介して駆動周期データTxがVCO値算出部134に送出され、VCO方式による駆動制御、及び連続駆動制御が実行される。   When the output of the counter 151 is “1”, the driving cycle data Tx is sent to the 16-bit register 139 through the gate 138, and the driving control by the rate multiplier method and the intermittent driving control are executed. When the output of the counter 151 is “0”, the drive cycle data Tx is sent to the VCO value calculation unit 134 via the gate 133, and drive control by the VCO method and continuous drive control are executed.

すなわち、第2の実施の形態では、目標速度を得るために駆動パルスの周波数を掃引していく一連の掃引動作の過程で、駆動方法を選択している。具体的には、第2の実施の形態では、超音波モータ30が回転し始める初期の段階(回転速度が遅い段階)では、レートマルチプライアー方式、及び間歇駆動方式で超音波モータ30を駆動制御し、超音波モータ30が或る程度の回転速度になった段階で、VCO方式、及び連続駆動方式に切替えて超音波モータ30を駆動制御している。   That is, in the second embodiment, the driving method is selected in the course of a series of sweep operations in which the frequency of the drive pulse is swept to obtain the target speed. Specifically, in the second embodiment, at an initial stage where the ultrasonic motor 30 starts to rotate (stage where the rotation speed is low), the ultrasonic motor 30 is driven and controlled by the rate multiplier method and the intermittent drive method. When the ultrasonic motor 30 reaches a certain rotational speed, the ultrasonic motor 30 is driven and controlled by switching to the VCO method and the continuous drive method.

従って、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。また、第2の実施の形態では、カウンタ151に設定するエンコーダ値を変更したり、VCO回路137の抵抗器147の抵抗値を変更したりすることにより、第1の実施の形態よりもVCO駆動制御時の可変周波数範囲をさらに狭くして制御分解能を高くし、高速回転時の回転速度をより一層安定させることが可能となる。   Therefore, also in the second embodiment, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment. In the second embodiment, the encoder value set in the counter 151 is changed, or the resistance value of the resistor 147 of the VCO circuit 137 is changed, thereby driving the VCO more than in the first embodiment. The variable frequency range at the time of control is further narrowed to increase the control resolution, and the rotation speed at the time of high speed rotation can be further stabilized.

[第3の実施の形態]
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である。この第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路と図2に示した第1の実施の形態、図6に示した第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路との主な相違点は、第3の実施の形態に係る駆動信号生成回路では、第1,第2の実施の形態のように駆動方法選択部130、カウンタ151により駆動方法を選択するのではなく、CPU231からの信号により駆動方法を選択するようにした点である。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a drive signal generation circuit according to the third embodiment of the present invention. The main difference between the drive signal generation circuit according to the second embodiment and the drive signal generation circuit according to the first embodiment shown in FIG. 2 and the second embodiment shown in FIG. In the drive signal generation circuit according to the third embodiment, the drive method is not selected by the drive method selection unit 130 and the counter 151 as in the first and second embodiments, but by the signal from the CPU 231. The driving method is selected.

また、第1,第2の実施の形態では、VCO方式とレートマルチプライアー方式を用いていたが、第3の実施の形態では、VCO方式は用いているがレートマルチプライアー方式は用いていない点も特徴としている。   In the first and second embodiments, the VCO method and the rate multiplier method are used. In the third embodiment, the VCO method is used, but the rate multiplier method is not used. Also features.

すなわち、CPU231は、超音波モータ30を低速で駆動する場合は、P0信号の論理を「0」にする。この「0」のP0信号は、インバータ155により反転されて「1」の信号としてゲート138に入力され、ゲート138がオープンされる。この結果、駆動周期データTxは、ゲート138を介して低速用VCO値算出部157に出力される。   That is, the CPU 231 sets the logic of the P0 signal to “0” when the ultrasonic motor 30 is driven at a low speed. The P0 signal of “0” is inverted by the inverter 155 and input to the gate 138 as a signal of “1”, and the gate 138 is opened. As a result, the driving cycle data Tx is output to the low speed VCO value calculation unit 157 via the gate 138.

また、CPU231は、超音波モータ30を高速で駆動する場合は、P0信号の論理を「1」にする。この「1」のP0信号は、ゲート133に入力されてゲート133がオープンされる。この結果、駆動周期データTxは、ゲート133を介して高速用VCO値算出部156に出力される。   Further, when driving the ultrasonic motor 30 at high speed, the CPU 231 sets the logic of the P0 signal to “1”. The P1 signal of “1” is input to the gate 133 and the gate 133 is opened. As a result, the driving cycle data Tx is output to the high speed VCO value calculation unit 156 via the gate 133.

低速用VCO値算出部157で用いるTmaxとTminは、図8に示した駆動周波数帯213に対応する値となっており、低速用VCO値算出部157は、低速回転時の駆動制御を行うためのVCO値を算出する。また、高速用VCO値算出部156で用いるTmaxとTminは、図8に示した駆動周波数帯212に対応する値となっており、高速用VCO値算出部156は、高速回転時の駆動制御を行うためのVCO値を算出する。上記のTmaxとTminの設定方法については後述する。   The Tmax and Tmin used in the low speed VCO value calculation unit 157 have values corresponding to the drive frequency band 213 shown in FIG. 8, and the low speed VCO value calculation unit 157 performs drive control during low speed rotation. The VCO value is calculated. Further, Tmax and Tmin used in the high-speed VCO value calculation unit 156 have values corresponding to the drive frequency band 212 shown in FIG. 8, and the high-speed VCO value calculation unit 156 performs drive control during high-speed rotation. The VCO value for performing is calculated. A method for setting the above Tmax and Tmin will be described later.

低速用VCO値算出部157、又は高速用VCO値算出部156で算出されたVCO値は、10ビットレジスタ135に格納された後、DA変換回路136でアナログ電圧に変換されてVCO回路137に出力される。   The VCO value calculated by the low-speed VCO value calculation unit 157 or the high-speed VCO value calculation unit 156 is stored in the 10-bit register 135, converted to an analog voltage by the DA conversion circuit 136, and output to the VCO circuit 137. Is done.

VCO回路137は、VCO値に相当するアナログ電圧が入力されると、第1の実施の形態で説明したように、当該アナログ電圧に対応した周期のパルスを出力する。また、出力する周期(周波数)は可変抵抗器146、及びコンデンサ145で調整することができる。なお、第1,第2の実施の形態と同様に、第3の実施の形態においても、VCO方式で超音波モータ30を駆動する際に、連続駆動を行なっている。   When an analog voltage corresponding to the VCO value is input, the VCO circuit 137 outputs a pulse having a period corresponding to the analog voltage as described in the first embodiment. The output period (frequency) can be adjusted by the variable resistor 146 and the capacitor 145. As in the first and second embodiments, in the third embodiment, continuous driving is performed when the ultrasonic motor 30 is driven by the VCO method.

第3の実施の形態では、CPU231と可変抵抗器146の間に直列に固定抵抗器158を接続している。この固定抵抗器158にはCPU231からのP1信号が入力される。この固定抵抗器158と可変抵抗器146の中点はCPU231に接続され、この中点にはCPU231からのP2信号が入力される。   In the third embodiment, a fixed resistor 158 is connected in series between the CPU 231 and the variable resistor 146. The fixed resistor 158 receives a P1 signal from the CPU 231. The middle point of the fixed resistor 158 and the variable resistor 146 is connected to the CPU 231, and the P2 signal from the CPU 231 is input to this middle point.

P1信号がGNDレベルでP2信号がオープン状態のとき、可変抵抗器146と固定抵抗器153の抵抗値により、図8に示した低周波側の駆動周波数帯213の範囲が決定される。   When the P1 signal is at the GND level and the P2 signal is in the open state, the range of the driving frequency band 213 on the low frequency side shown in FIG. 8 is determined by the resistance values of the variable resistor 146 and the fixed resistor 153.

また、P1信号がオープン状態でP2信号がGNDレベルのとき、可変抵抗器146のみの抵抗値により、図8に示した高周波側の駆動周波数帯212の範囲が決定される。   When the P1 signal is open and the P2 signal is at the GND level, the range of the driving frequency band 212 on the high frequency side shown in FIG. 8 is determined by the resistance value of only the variable resistor 146.

このため、VCO回路137が同じ電圧レベルの信号をDA変換回路136から受取っても、VCO回路137から出力されるパルスの周波数は、P1、P2信号の状態により変化する。   For this reason, even if the VCO circuit 137 receives a signal of the same voltage level from the DA converter circuit 136, the frequency of the pulse output from the VCO circuit 137 changes depending on the states of the P1 and P2 signals.

なお、CPU231は、P0信号が論理「1」のとき、P1信号がGNDレベル、P2信号がオープン状態となり、P0信号が論理「0」のとき、P1信号がオープン状態、P2信号がGNDレベルとなるように制御している。   When the P0 signal is logic “1”, the CPU 231 has the P1 signal at the GND level and the P2 signal open, and when the P0 signal is at the logic “0”, the P1 signal is open and the P2 signal is at the GND level. It is controlled to become.

このように、第3の実施の形態では、CPU231からの制御信号P0、P1,P2により高速用VCO値算出部156、低速用VCO値算出部157の何れか一方を選択することにより、低周波側と高周波側の2つの周波数帯域の駆動周波数の駆動パルスを個別に生成するようにしている。   As described above, in the third embodiment, by selecting one of the high speed VCO value calculation unit 156 and the low speed VCO value calculation unit 157 by the control signals P0, P1, and P2 from the CPU 231, the low frequency Driving pulses having driving frequencies in two frequency bands on the high frequency side and the high frequency side are individually generated.

従って、モータ制御回路230がレートマルチプライアー方式で駆動パルスを生成する回路を含んでいない場合に、たとえVCO方式で低速回転から高速回転まで駆動制御したとしても、VCO方式での制御の分解能が低下することはなく、高速回転時に回転速度が不安定になり、騒音が大きくなることを回避することが可能となる。   Therefore, when the motor control circuit 230 does not include a circuit for generating a drive pulse by the rate multiplier method, even if the drive control is performed from the low speed rotation to the high speed rotation by the VCO method, the resolution of the control by the VCO method is lowered. In this case, it is possible to prevent the rotational speed from becoming unstable and increasing noise during high-speed rotation.

なお、本発明は、上記の第1〜第3の実施の形態に限定されることなく、例えば、レートマルチプライアー方式で超音波モータを駆動制御する場合に、必ずしも間歇駆動制御を行なう必要はなく、連続駆動制御を行なってもよい。また、監視カメラの回動用だけでなく、カメラの自動合焦用、ロボット用等の他の用途に使用することも可能である。   The present invention is not limited to the first to third embodiments described above. For example, when the ultrasonic motor is driven and controlled by the rate multiplier method, the intermittent drive control is not necessarily performed. Continuous drive control may be performed. Moreover, it can be used not only for rotating the surveillance camera but also for other purposes such as automatic focusing of the camera and robot.

本発明の第1〜第3の実施形態における振動型アクチュエータ(超音波モータ)の駆動制御部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the drive control part of the vibration type actuator (ultrasonic motor) in the 1st-3rd embodiment of this invention. 図1の駆動制御部中の第1の実施の形態に係る駆動信号生成回路のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a drive signal generation circuit according to the first embodiment in the drive control unit of FIG. 1. 第1の実施の形態における駆動周波数と回転速度の関係を示す図であるIt is a figure which shows the relationship between the drive frequency and rotation speed in 1st Embodiment. 第1の実施の形態におけるモータ駆動制御例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the motor drive control example in 1st Embodiment. 図4の続きのフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart continued from FIG. 4. 第2の実施の形態に係る駆動信号生成回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a drive signal generation circuit according to a second embodiment. 第3の実施の形態に係る駆動信号生成回路のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a drive signal generation circuit according to a third embodiment. 第3の実施の形態における駆動周波数と回転速度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the drive frequency and rotation speed in 3rd Embodiment. 超音波モータの駆動制御の概要を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the outline | summary of the drive control of an ultrasonic motor. 駆動周波数と回転速度の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a drive frequency and a rotational speed. 高速回転時と低速回転時のステータ表面の振動波を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vibration wave of the stator surface at the time of high speed rotation and low speed rotation.

符号の説明Explanation of symbols

30…超音波モータ
130…駆動方法選択部
137…VCO回路
140…レートマルチプライアー回路
151…カウンタ
146…可変抵抗器
156…高速用VCO値算出部
157…低周波用VCO値算出部
158…固定抵抗器
230…モータ制御回路
223…駆動信号生成回路
224…エンコーダ
231…CPU
233…タイマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Ultrasonic motor 130 ... Drive method selection part 137 ... VCO circuit 140 ... Rate multiplier circuit 151 ... Counter 146 ... Variable resistor 156 ... High speed VCO value calculation part 157 ... Low frequency VCO value calculation part 158 ... Fixed resistance 230 ... Motor control circuit 223 ... Drive signal generation circuit 224 ... Encoder 231 ... CPU
233 ... Timer

Claims (10)

振動体に供給する駆動信号の周波数を掃引することにより、該振動体の振動が伝達される可動体の運動速度を変化させる駆動制御手段を有する振動型アクチュエータの駆動装置において、
前記駆動制御手段は、複数の駆動手段を制御すると共に、前記複数の駆動手段の中から1つ以上の駆動手段を選択する選択手段を有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置。
In the drive device of the vibration type actuator having the drive control means for changing the motion speed of the movable body to which the vibration of the vibration body is transmitted by sweeping the frequency of the drive signal supplied to the vibration body,
The drive control means includes a selection means for controlling a plurality of drive means and selecting one or more drive means from the plurality of drive means.
前記複数の駆動手段は、アナログ的に駆動信号を生成する第1の駆動手段、デジタル的に駆動信号を生成する第2の駆動手段、前記振動体に駆動信号を間歇的に供給する第3の駆動手段、前記振動体に駆動信号を連続的に供給する第4の駆動手段の何れか2つ以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   The plurality of driving means includes a first driving means for generating a driving signal in an analog manner, a second driving means for digitally generating a driving signal, and a third driving means for intermittently supplying the driving signal to the vibrating body. 2. The vibration type actuator driving device according to claim 1, comprising at least two of a driving unit and a fourth driving unit that continuously supplies a driving signal to the vibrating body. 前記選択手段は、前記可動体の目標の運動速度に基づいて前記複数の駆動手段の中から1つ以上の駆動手段を選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   3. The vibration type actuator according to claim 1, wherein the selection unit selects one or more drive units from the plurality of drive units based on a target motion speed of the movable body. Drive device. 前記選択手段は、前記目標の運動速度が所定速度以上の場合は、少なくとも前記第1の駆動手段を選択し、前記目標の運動速度が所定速度より低速度の場合は、少なくとも前記第2の駆動手段を選択することを特徴とする請求項3に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   The selection means selects at least the first drive means when the target motion speed is equal to or higher than a predetermined speed, and at least the second drive when the target motion speed is lower than the predetermined speed. 4. The vibration actuator driving apparatus according to claim 3, wherein means is selected. 前記選択手段は、前記第1の駆動手段を選択した場合は、同時に前記第4の駆動手段を選択することを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   5. The vibration actuator driving apparatus according to claim 2, wherein when the first driving unit is selected, the selecting unit selects the fourth driving unit simultaneously. 6. 前記選択手段は、前記第2の駆動手段を選択した場合は、同時に前記第3の駆動手段を選択することを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   6. The drive device for a vibration type actuator according to claim 2, wherein when the second drive unit is selected, the selection unit simultaneously selects the third drive unit. 前記選択手段により前記第3の駆動手段が選択された場合に、当該第3の駆動手段における間歇動作を規定するパラメータを変更する変更手段を有することを特徴とする請求項2〜6の何れかに記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   7. The apparatus according to claim 2, further comprising a changing unit that changes a parameter that defines an intermittent operation in the third driving unit when the third driving unit is selected by the selection unit. The drive device of the vibration type actuator described in 1. 前記選択手段は、前記可動体の目標の運動速度を得るための一連の前記掃引の動作の途中で、前記駆動手段を切替えるように選択することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   3. The vibration according to claim 1, wherein the selection unit performs selection so as to switch the drive unit during a series of the sweep operations for obtaining a target motion speed of the movable body. Type actuator drive device. 前記複数の駆動手段は、アナログ的に駆動信号を決定する駆動手段であって出力する駆動信号の周波数帯域が異なる複数の駆動手段を有し、前記選択手段は、前記可動体の運動量に基づいて少なくとも該複数の駆動手段の中から1つの駆動手段を選択することを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。   The plurality of driving means include a plurality of driving means that determine a driving signal in an analog manner and have different frequency bands of output driving signals, and the selection means is based on the momentum of the movable body. 2. The vibration actuator driving apparatus according to claim 1, wherein at least one driving means is selected from the plurality of driving means. 振動体に供給する駆動信号の周波数を掃引することにより、該振動体の振動が伝達される可動体の運動速度を変化させる駆動制御工程を有する振動型アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動制御工程は、複数の駆動手段を制御すると共に、前記複数の駆動手段の中から1つ以上の駆動手段を選択する選択工程を有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
In a driving method of a vibration type actuator having a drive control step of changing a motion speed of a movable body to which vibration of the vibration body is transmitted by sweeping a frequency of a drive signal supplied to the vibration body,
The drive control step includes a selection step of controlling a plurality of drive means and selecting one or more drive means from the plurality of drive means.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009153286A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Canon Inc Optical equipment with oscillating-wave actuator
CN112154599A (en) * 2018-03-29 2020-12-29 物理仪器(Pi)两合有限公司 Dual mode motion control system and method for operating a piezoelectric motor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009153286A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Canon Inc Optical equipment with oscillating-wave actuator
CN112154599A (en) * 2018-03-29 2020-12-29 物理仪器(Pi)两合有限公司 Dual mode motion control system and method for operating a piezoelectric motor
JP2021520177A (en) * 2018-03-29 2021-08-12 フィズィーク・インストゥルメンテ(ペーイー)ゲーエムベーハー・ウント・コー.カーゲー How to operate the dual mode motion control system and piezo motor
CN112154599B (en) * 2018-03-29 2024-02-06 物理仪器(Pi)两合有限公司 Dual mode motion control system and method for operating a piezoelectric motor

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